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人形机器人行业专题报告:Tesla Bot风起,万亿赛道启航

机械设备2022-08-08曾朵红、谢哲栋东吴证券向***
人形机器人行业专题报告:Tesla Bot风起,万亿赛道启航

人形机器人行业专题报告——Tesla Bot风起,万亿赛道启航证券研究报告证券分析师:曾朵红执业证书编号:S0600516080001联系邮箱:zengdh@dwzq.com.cn联系电话:021-60199798研究助理:谢哲栋执业证书编号:S06001210600162022年8月8日1 Tesla Bot风起,万亿赛道启航特斯拉“Optimus”即将横空出世,开启人形机器人纪元。马斯克将于2022年9月30日发布人形机器人Optimus样机,电动车“掌门人”高调入局人形机器人究竟是“博眼球”,抑或“真功夫”?我们着重探究Optimus落地推广的两大关键问题:1)产品“从0到1”:人形机器人主要有人机交互、环境感知、运动控制这三大核心技术。特斯拉智能汽车≈自动驾驶+轮式机器人——电动车自动驾驶赋能Optimus人机交互、环境感知相关技术,背后是传感器方案、FSD芯片及核心算法平台等;但从“轮式机器人”到高达40个自由度(关节)的人形机器人,机电硬件(主要是电机及其驱动器+减速机)、运动软件算法待突破&迭代。2)商业化可行性1→N:复盘特斯拉电动车的崛起之路,Optimus在智能化技术、市场营销等策略上均可复用电动车时代的经验,在人形机器人赛道上具备强竞争力和先发优势。放量节奏方面,参考ModelS历程,我们预计人形机器人Optimus将于2023年底交付、2024-25迅速上量,2023-2025年销量分别10/50/100万台。需求:垂直场景选择决定市场空间,我们预计特斯拉Optimus从个人/家庭应用场景切入,后续拓展至商业服务场景及非结构化工业场景,万亿市场可期。进入顺序上,我们预计短期进入家务场景,潜在市场空间达14万亿元,中期进入商业服务场景和“非结构化”场景的工业应用,潜在市场空间达25万亿元,长期待交互技术进一步突破后进入情感/陪伴场景,潜在市场空间达31万亿元。供给:运动控制为人形机器人的“核心卡点”,国内运控核心零部件性能日臻成熟,考虑到Optimus规模化量产及降本诉求,国产零部件配套“静待花开终有时”。人形机器人产业链可分为上游零部件&原材料、中游系统集成&本体制造、下游应用环境。规模化量产后,Optimus预计售价2.5万美元(约17-18万元)、接近电动车的价格水平,其中运动控制核心零部件伺服系统、减速机等预计占成本的50%。国外供应链性能可靠但成本高,而国内相关工控零部件龙头凭借数十年积累,已突破工业机器人等高端装备,凭借性价比&服务响应快持续替代外资。我们看好人形机器人领域国产供应链比例提升,复刻特斯拉在电动车领域的降本之路。投资建议:推荐动力系统环节三花智控、谐波减速器环节绿的谐波(机械组覆盖)、伺服环节汇川技术、禾川科技、雷赛智能,结构件环节拓普集团(汽车组覆盖),关注微电机环节鸣志电器及江苏雷利等。风险提示:核心技术突破不及预期,特斯拉机器人量产进度不及预期,宏观经济下行等。2 目录一、人形机器人:历经坎坷,持续发展二、需求:场景为本,空间广阔三、特斯拉Optimus:技术突破+商业化进程四、供给:关注相关产业链配套机会3五、个股推荐& 投资建议六、风险提示 一、人形机器人:历经坎坷,持续发展1.1.机器人概述:可编程操作机,全球达百亿美元1.2.人形机器人:服务机器人的最高级形态1.3.核心产品:技术仍需突破,商业化仍是难题4 1.1.机器人概述:可编程操作机,全球达百亿美元1.1.1.机器人是可编程的多功能操作机,2021年全球市场达410亿美元机器人是具备一定程度自主能力的可编程多功能操作机。根据美国机器人协会,机器人是一种可编程和多功能的操作机,或是为了执行不同任务而具可编程动作的专门系统。2021年全球机器人市场规模达410亿美元,未来空间较大。根据Statista数据,全球机器人销量2019-2021年分别为329亿美元/363亿美元/410亿美元,目前仍处于较初期发展阶段,未来空间较大。根据我国2021年6月1日实施的《机器人分类》,机器人可被分为工业机器人、服务机器人两大类,工业机器人主要应用于工业环境用于制造目的,而服务机器人更重视人类交互。图全球机器人销售额2021年达410亿美元图机器人分为工业机器人及服务机器人两类资料来源:Statista、行行查研究中心、东吴证券研究所5 1.1.2.服务机器人应用环境复杂度更高,目前市场仍由美国主导,未来空间广阔服务机器人与工业机器人主要区别在于应用环境的复杂程度。工业机器人强调在规划好的环境完成既定任务,同时要求高耐久、高精度、高力矩输出;而服务机器人强调在开放非预设复杂环境下完成轻型作业,尽可能低成本之下的可接受寿命,且对于安全性&可靠性要求很高。服务机器人相比工业机器人发展更初期,未来空间广阔,增速可期。工业机器人发展较早,市场应用更加成熟;而服务机器人处于发展初期,根据Statista数据,2018-2022年全球服务机器人市场增长近119%,增速较快。结构方面,服务机器人市场由美国主导,2021年销售额达120亿美元,占比40%。图服务机器人市场由美国主导图全球工业机器人市场由中国主导资料来源:Statistics、东吴证券研究所61.1.机器人概述:可编程操作机,全球达百亿美元 1.2. 人形机器人:服务机器人的最高级形态1.2.1.人形机器人是服务机器人的最高级形态,需要更高的交互、感知、控制能力人形机器人是服务机器人的最高级形态,可被广泛应用于生活生产的众多场景。人形机器人被誉为AI领域的终极形态,是指模仿人的形态和行为而设计制造的机器人,设计制造目的是为了与人工工具和环境进行交互,从而辅助甚至替代人类的生产生活。应用场景上,主要分为商用场景和个人/家庭应用场景两大类,涵盖物流、送餐、清洁、陪伴、娱乐等应用领域。相比其他服务机器人,人形机器人需要更高的感知、运动控制、交互能力。1)交互:人形机器人面临解决情感陪伴的服务需求,与人打交道次数更多,需具备较强的人机交互能力;2)感知:人形机器人往往面临的场景更多样(专业术语“非结构化环境”),环境不确定性更高,需要具备极强的环境感知能力和非结构化场景作业能力。3)控制:体型上更类人,体积重量有所受限,同时需要实现步态行走,对运动控制也提出了更高的要求。图人形机器人有陪伴、情感功能图人形机器人需实现步态行走资料来源:本田官网、东吴证券研究所7 资料来源:优必选官网、东吴证券研究所8第三阶段:智能化研发加速期2000-至今第一阶段:探索起步期1927-1963第二阶段:自主运动研发期1972-2000•1927年:美国西屋公司制造了世界上第一台人形机器人“Televox”,虽不能走动,但可抬起接收器接听电话。•1937年:西屋公司又制造出“摩托人Elektro”,其被认为是真正的第一个类人机器人。Elektro身高210厘米,体重超过120 公斤,能够执行26 种不同的日常活动。•1939年:瑞典奥古斯特·哈蒙发明了电波机器人,长相奇怪但可接受无线电波传送的指令从而实现“行走”。•1963年:NASA推出了“机动多关节假人,可模拟出35种基本基本人类动作”•1972年:日本早稻田大学加藤一郎教授率先解决了人形机器人的双足行走问题,至此揭开了人形机器人研究的序幕。•1973年:早稻田大学又研发出第一台真人大小自主式机器人WAROT-1,为其配置了机械手&人工视觉&听力装置。•1989年:美国西北太平洋国家实验室建造出机器人Manny,可以模拟复杂的身体运动和姿势,包括呼吸、皮肤温度、出汗状态。•2000 年:本田推出能够跳跃的人形机器人ASIMO ,人形机器人发展逐步成熟。我国第一台人形机器人问世,由国防科技大学研制,命名为“先行者”。•2005年:英国Engineered Arts推出机器人Robothe spain,可语音、人脸识别。•2013年:Boston Dynamics推出人形机器人Atlas,主打探索运动控制的极致。•2014年:软银和AR联合推出人形机器人Pepper,该机器人2015年开始市售,是人形机器人商用化的重大尝试。•2018年:优必选发布第一代大型双足仿人服务机器人Walker,具备多维力觉、全向听觉、测距等全方位感知系统。•2020年美国敏捷机器人公司成功推出第一款商用化出售的机器人Digit,可在无人干涉的环境中自行搬运箱子。•2021年英国Engineered Arts推出Ameca,是最接近人类面部表情的机器人。•2022年:9月特斯拉AI DAY上有望推出特斯拉人形机器人Optimus原型机。1.2.2.人形机器人的发展历经百年,商业道路坎坷,技术持续缓慢进步1.2. 人形机器人:服务机器人的最高级形态 1.3.核心产品:技术仍需突破,商业化仍是难题1.3.1.本田ASIMO:纯电机驱动的人形机器人“鼻祖”本田ASIMO机器人于2000年推出,采用纯电机驱动,自由度57个,之后十余年不断迭代升级,具备跑、跳、爬楼梯甚至跳舞等功能。售价250万美元,未进行商业化,2018年7月停止更新。资料来源:本田官网、东吴证券研究所9本田(日本)/ ASIMO公司机器人发展时间线◼1948年成立,从发动机制造起步。◼1986年开始发展人形机器人,推出两足机器人初期版E0;◼1887-1991年,依次推出E1/E2/E3,成功实现了步态行走;◼1991-1993年,进一步推出E4/E5/E6,研发出使机器人稳步行走的技术;◼1993-1997年,研发并推出了完全可自主步行的拟人机器人P1/P2/P3/P4,趋势是向小型化轻量化演进;◼2000年,推出了搭载i-WLAK技术的人形机器人ASIMO;◼2001-2011年针对ASIMO在联网能力、动作灵敏度、交流沟通能力、行为控制、服务类型等方式进行逐步改善。◼2017年10月,推出救灾机器人E2-DR,转向专业应用领域的机器人研发。◼2018年,因不够实用停止更新ASIMO,此前其主要应用领域为表演和接待。◼功能:ASIMO机器人经过7次迭代,已具备了跑、跳、爬楼梯、打开饮料、踢足球,甚至跳舞等多种本领。同时还可以与人交谈,解释手势并响应各种命令。◼技术:(1)环境感知:配备视觉传感器、接地传感器、超声波传感器、压力传感器等等;(2)运动控制:硬件上纯电机驱动,软件上采用I-WALK技术实现“预测运动控制”,水平反应控制、目标ZMP控制、步长位置控制等;◼参数:身高130cm,体重48kg,运动速度9km/h,自由度达57个。◼商业化情况:主要用于接待场景,单台价值250万美元,商业化进程缓慢。◼局限性:续航时间短(仅1小时)、售价过高难以商业化,缺乏高级AI技术。核心产品ASIMO情况轻量化,功能更完善 1.3.2.波士顿动力ATLAS:液压驱动“集大成者”,带来极致运动控制性能波士顿动力仿人机器人Atlas于2013年推出,采用液压驱动+控制模式,自由度28个,运动控制能力较为顶尖,目前可以实现多种“跑酷动作”。单台价值200万美金,目前无商业化尝试。资料来源:波士顿动力官网、东吴证券研究所10波士顿动力(美国)/ ATLAS公司双足机器人发展时间线◼1992年成立,早期研发资金来源于美国军方支持◼2009年研制出PETMAN Prototype,可以像人一样行走,但需在外力作用下维持平衡,步行速度为3.2英里每小时,与人类步行速度相似。◼2011年研制出应用于化学防护服性能测试的PETMAN机器人,创新性的使用液压驱动的方式,PETMAN可以实现多种运动姿势和各个方向的自由行走。◼2013年推出仿人机器人Atlas(第一代),采取全新的模式——电液混合,增强了运动能力,需要电缆进行供电,配备视觉系统(激光测距仪和立体照相机)。◼2016年推出第二代Atlas,使用更加轻便的材料缩减了近一半的体型,且具有独立的锂电池组电源,脱离了电缆的束缚,同时头部使用光学雷达和立体传感器。◼2017年-2020年持续改进Atlas,首先使其可稳定快速翻越障碍物,完成空中

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